薄平板在汽輪機末級葉片和風(fēng)力機葉片等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用,也作為基準(zhǔn)對象用于流線型箱梁的顫振研究中。由于不同來流攻角對薄平板氣動性能的影響不同,因此研究不同攻角下薄平板的顫振機理,把握其顫振特性,對保障結(jié)構(gòu)安全具有重要意義。以寬高比為40的薄平板模型為研究對象,基于不同風(fēng)攻角下的顫振導(dǎo)數(shù),采用雙模態(tài)耦合顫振分析方法,通過對不同攻角下顫振過程中氣動阻尼、彎扭運動相位的差異性分析,研究了薄平板在不同風(fēng)攻角下的顫振機理,指出了影響顫振性能的主要原因。研究結(jié)果表明:0°和3°攻角下顫振性能相似,均為扭轉(zhuǎn)主導(dǎo)的彎扭耦合顫振;在5°和7°攻角下,薄平板雖然發(fā)生扭轉(zhuǎn)主導(dǎo)的彎扭耦合顫振,但此時非耦合氣動力提供的氣動正阻尼顯著減小,而耦合氣動力提供的氣動負(fù)阻尼增強,因而直接導(dǎo)致了大攻角下薄平板顫振臨界風(fēng)速的顯著降低;同時,隨著攻角由小到大變化,彎扭運動間的相位差也隨之變化,并在7°攻角下發(fā)生了翻轉(zhuǎn)式性轉(zhuǎn)變:由扭轉(zhuǎn)運動滯后于豎向運動轉(zhuǎn)變?yōu)榱素Q向運動滯后于扭轉(zhuǎn)運動。研究成果揭示了薄平板在大攻角下顫振性能弱化的氣動彈性力學(xué)機理,為工程薄平板的顫振設(shè)計提供了參考。 

【文章來源】：振動工程學(xué)報. 2020,33(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

扭轉(zhuǎn)模態(tài)分支計算流程圖

圖1 扭轉(zhuǎn)模態(tài)分支計算流程圖顫振計算結(jié)果及風(fēng)洞試驗結(jié)果對比如表2所示。結(jié)果顯示，無論是顫振風(fēng)速還是顫振頻率，計算結(jié)果與試驗結(jié)果均具有很好的吻合度，最大計算誤差僅為5%。計算結(jié)果驗證了顫振導(dǎo)數(shù)準(zhǔn)確性，同時也表明此顫振導(dǎo)數(shù)可以作為基礎(chǔ)參數(shù)，用以揭示不同攻角下薄平板的顫振機理。圖4,5給出了薄平板在不同攻角下的，氣動阻尼比及模態(tài)頻率隨折算風(fēng)速的變化曲線。從氣動阻尼比的變化規(guī)律來看（圖4），不同攻角下扭轉(zhuǎn)模態(tài)分支對應(yīng)的氣動阻尼比首先達到“由正變負(fù)”的狀態(tài)，即平板在0°到7°的不同攻角下的顫振形態(tài)均由扭轉(zhuǎn)模態(tài)分支主導(dǎo)。不同攻角下對應(yīng)氣動阻尼比隨折算風(fēng)速的變化曲線表現(xiàn)出了顯著差異，表明不同攻角下顫振導(dǎo)數(shù)的變化直接導(dǎo)致了氣動阻尼比的顯著變化；當(dāng)動力參數(shù)相同時，盡管不同攻角下的顫振導(dǎo)數(shù)差異較大，但模態(tài)頻率隨折算風(fēng)速的變化規(guī)律卻大致相同，且不同攻角下的顫振頻率保持一致。

顫振計算結(jié)果及風(fēng)洞試驗結(jié)果對比如表2所示。結(jié)果顯示，無論是顫振風(fēng)速還是顫振頻率，計算結(jié)果與試驗結(jié)果均具有很好的吻合度，最大計算誤差僅為5%。計算結(jié)果驗證了顫振導(dǎo)數(shù)準(zhǔn)確性，同時也表明此顫振導(dǎo)數(shù)可以作為基礎(chǔ)參數(shù)，用以揭示不同攻角下薄平板的顫振機理。圖4,5給出了薄平板在不同攻角下的，氣動阻尼比及模態(tài)頻率隨折算風(fēng)速的變化曲線。從氣動阻尼比的變化規(guī)律來看（圖4），不同攻角下扭轉(zhuǎn)模態(tài)分支對應(yīng)的氣動阻尼比首先達到“由正變負(fù)”的狀態(tài)，即平板在0°到7°的不同攻角下的顫振形態(tài)均由扭轉(zhuǎn)模態(tài)分支主導(dǎo)。不同攻角下對應(yīng)氣動阻尼比隨折算風(fēng)速的變化曲線表現(xiàn)出了顯著差異，表明不同攻角下顫振導(dǎo)數(shù)的變化直接導(dǎo)致了氣動阻尼比的顯著變化；當(dāng)動力參數(shù)相同時，盡管不同攻角下的顫振導(dǎo)數(shù)差異較大，但模態(tài)頻率隨折算風(fēng)速的變化規(guī)律卻大致相同，且不同攻角下的顫振頻率保持一致。盡管圖4和5所示的結(jié)果從宏觀上解釋了氣動阻尼比及模態(tài)頻率隨折算風(fēng)速的變化規(guī)律，但是卻不能直觀地解釋影響氣動阻尼及模態(tài)頻率變化的因素并闡釋具體的顫振形態(tài)，還需要開展進一步的分析。由于Case 1,Case 2及Case 3模態(tài)頻率及氣動阻尼比隨折算風(fēng)速的變化曲線較為相似，限于篇幅，下文僅以Case 2為例，詳細(xì)探討薄平板在不同攻角下的顫振機理。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]不同風(fēng)攻角下薄平板的顫振導(dǎo)數(shù)[J]. 王騎,李郁林,李志國,廖海黎.  工程力學(xué). 2018(10)
[2]基于B-L氣動模型的旋轉(zhuǎn)水平風(fēng)機葉片經(jīng)典顫振穩(wěn)定性分析[J]. 李迺璐,穆安樂,Balas M J.  振動與沖擊. 2015(23)
[3]基于時域分析法的汽輪機末級葉片顫振預(yù)測及分析[J]. 姜偉,謝誕梅,陳暢,胡鵬飛,高尚.  振動與沖擊. 2015(11)
[4]平板斷面顫振過程中能量輸入特性研究[J]. 賈明曉,劉祖軍,楊詠昕.  振動與沖擊. 2013(07)
[5]不同來流下薄平板流固耦合特性分析[J]. 呂坤,張荻,謝永慧.  中國電機工程學(xué)報. 2011(26)
[6]深切峽谷橋址區(qū)風(fēng)場空間分布特性的數(shù)值模擬研究[J]. 李永樂,蔡憲棠,唐康,廖海黎.  土木工程學(xué)報. 2011(02)
[7]四渡河峽谷大橋橋位風(fēng)的湍流特性實測分析[J]. 龐加斌,宋錦忠,林志興.  中國公路學(xué)報. 2010(03)
[8]窄流道中柔性單板流固耦合數(shù)值模擬[J]. 張娟花,陸道綱.  原子能科學(xué)技術(shù). 2009(10)
[9]平板氣動力的CFD模擬及參數(shù)研究[J]. 李永樂,汪斌,黃林,廖海黎.  工程力學(xué). 2009(03)
[10]汽輪機末級轉(zhuǎn)子葉片流固耦合計算[J]. 弓三偉,任麗蕓,劉火星,李琳,鄒正平.  熱力透平. 2007(03)

博士論文
[1]風(fēng)力機葉片流固耦合數(shù)值模擬[D]. 李媛.華北電力大學(xué) 2013



本文編號：3594109